微积分学示例

$3 x e^{- x^{2}}$

解题步骤 1

将 $3 x e^{- x^{2}}$ 书写为一个函数。

$f (x) = 3 x e^{- x^{2}}$

解题步骤 2

通过计算导数 $f (x)$ 的不定积分求函数 $F (x)$ 。

$F (x) = \int f (x) d x$

解题步骤 3

建立要求解的定积分。

$F (x) = \int 3 x e^{- x^{2}} d x$

解题步骤 4

由于 $3$ 对于 $x$ 是常数，所以将 $3$ 移到积分外。

$3 \int x e^{- x^{2}} d x$

解题步骤 5

使 $u_{2} = e^{- x^{2}}$ 。然后使 $d u_{2} = - 2 x e^{- x^{2}} d x$ ，以便 $- \frac{1}{2} d u_{2} = x e^{- x^{2}} d x$ 。使用 $u_{2}$ 和 $d$ $u_{2}$ 进行重写。

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解题步骤 5.1

设 $u_{2} = e^{- x^{2}}$ 。求 $\frac{d u_{2}}{d x}$ 。

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解题步骤 5.1.1

对 $e^{- x^{2}}$ 求导。

$\frac{d}{d x} [e^{- x^{2}}]$

解题步骤 5.1.2

使用链式法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ 等于 $f' (g (x)) g' (x)$ ，其中 $f (x) = e^{x}$ 且 $g (x) = - x^{2}$ 。

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解题步骤 5.1.2.1

要使用链式法则，请将 $u_{1}$ 设为 $- x^{2}$ 。

$\frac{d}{d u_{1}} [e^{u_{1}}] \frac{d}{d x} [- x^{2}]$

解题步骤 5.1.2.2

使用指数法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d u_{1}} [a^{u_{1}}]$ 等于 $a^{u_{1}} \ln (a)$ ，其中 $a$ = $e$ 。

$e^{u_{1}} \frac{d}{d x} [- x^{2}]$

解题步骤 5.1.2.3

使用 $- x^{2}$ 替换所有出现的 $u_{1}$ 。

$e^{- x^{2}} \frac{d}{d x} [- x^{2}]$

解题步骤 5.1.3

求微分。

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解题步骤 5.1.3.1

因为 $- 1$ 对于 $x$ 是常数，所以 $- x^{2}$ 对 $x$ 的导数是 $- \frac{d}{d x} [x^{2}]$ 。

$e^{- x^{2}} (- \frac{d}{d x} [x^{2}])$

解题步骤 5.1.3.2

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 2$ 。

$e^{- x^{2}} (- (2 x))$

解题步骤 5.1.3.3

将 $2$ 乘以 $- 1$ 。

$e^{- x^{2}} (- 2 x)$

解题步骤 5.1.4

化简。

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解题步骤 5.1.4.1

重新排序 $e^{- x^{2}} (- 2 x)$ 的因式。

$- 2 e^{- x^{2}} x$

解题步骤 5.1.4.2

将 $- 2 e^{- x^{2}} x$ 中的因式重新排序。

$- 2 x e^{- x^{2}}$

解题步骤 5.2

使用 $u_{2}$ 和 $d u_{2}$ 重写该问题。

$3 \int \frac{1}{- 2} d u_{2}$

解题步骤 6

将负号移到分数的前面。

$3 \int - \frac{1}{2} d u_{2}$

解题步骤 7

应用常数不变法则。

$3 (- \frac{1}{2} u_{2} + C)$

解题步骤 8

化简答案。

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解题步骤 8.1

化简。

$3 (- \frac{1}{2} u_{2}) + C$

解题步骤 8.2

化简。

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解题步骤 8.2.1

组合 $u_{2}$ 和 $\frac{1}{2}$ 。

$3 (- \frac{u_{2}}{2}) + C$

解题步骤 8.2.2

将 $- 1$ 乘以 $3$ 。

$- 3 \frac{u_{2}}{2} + C$

解题步骤 8.2.3

组合 $- 3$ 和 $\frac{u_{2}}{2}$ 。

$\frac{- 3 u_{2}}{2} + C$

解题步骤 8.2.4

将负号移到分数的前面。

$- \frac{3 u_{2}}{2} + C$

解题步骤 8.3

使用 $e^{- x^{2}}$ 替换所有出现的 $u_{2}$ 。

$- \frac{3 e^{- x^{2}}}{2} + C$

解题步骤 8.4

重新排序项。

$- \frac{3}{2} e^{- x^{2}} + C$

解题步骤 9

答案是函数 $f (x) = 3 x e^{- x^{2}}$ 的不定积分。

$F (x) =$ $- \frac{3}{2} e^{- x^{2}} + C$

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